(Mo+C)电荷补偿共掺杂氧化钛纳米管阵列三维电极的制备及光电催化制氢性能

多晶氧化钛电极的电子与光子收集效率是影响其光电催化分解水制氢性能的关键因素。本项目拟在导电石英纤维表面制备(Mo+C)电荷补偿共掺杂氧化钛纳米管阵列结构来构筑高电子与光子收集效率的氧化钛三维电极。其中，有序的纳米结构能够有效抑制电荷的复合，改善电极的电子收集效率。(Mo+C)电荷补偿共掺杂使得氧化钛能够在可见区产生吸收，并减少掺杂所引起的复合中心的形成，提高电极对可见光子的收集效率。基于石英纤维的杂化三维结构使光子能够与氧化钛多次相互作用，减少反射损失，进一步增加电极对入射光子的收集效率。本项目将详细研究在入射光从石英纤维内部和表面照射下，氢气在三维电极表面的溶出速率。重点考察(Mo+C)共掺杂浓度、入射光强度以及施加电位对氢气溶出速率的影响。通过瞬态光电压谱研究三维电极在紫外和可见光下的电荷复合行为，从实验上阐明(Mo+C)电荷补偿共掺杂改善三维电极在可见光下制氢性能的机理。

多晶氧化钛电极的电子与光子收集效率是影响其光电催化分解水制氢性能的关键因素。本项目制备了基于TiO2纳米管阵列的具有高电子与光子收集效率的三维电极。通过在导电钛丝表面生长放射状的TiO2纳米管阵列，提高了电极对光子的收集效率，三维电极表现出强的光电催化分解水产氢性能。研究了纳米管管径、管长以及外加电位等参数对光电性质的影响。通过对三维电极表面进行掺杂（如Mo、C以及CdS等)，将三维电极的光电响应扩展的可见区。为提高三维电极对可见光的利用效率，充分发挥电极三维结构的优势，通过在三维电极的后方设计一光学反射镜，将入射光反射到电极的另一面，三维电极的光电催化分解水产氢性能提高60%。研究了掺杂浓度、入射光强度、纳米管结构参数以及施加电位对产氢性能的影响。对三维电极中TiO2纳米管的结晶方式进行了优化。利用封闭体系内的气固界面反应对TiO2纳米管进行低温结晶以提高其在低温下的光电活性。低温结晶的TiO2纳米管与传统的高温结晶方法相比，具有生产工艺简单、成本低廉、能耗低以及安全性高等优点。由于在光电催化分解水产氢过程中，涉及到阴阳离子（主要是氢离子或氢氧根离子）在TiO2纳米管中的传输，本项目详细研究了TiO2纳米管中的离子传输机理。通过改变纳米管的结构、管径大小、长度以及表面组成，实现了阳离子在TiO2纳米管中的定向传输，从而解决了阴阳离子的复合问题，为进一步提高三维电极的光电催化分解水性能提供了理论基础。本项目以通讯作者在国际期刊上发表与接受SCI论文7篇，其中影响因子大于6的共5篇。申请专利3项。培养研究生4名。参加3次国内学术会议作口头报告并主持2次分会。圆满完成了青年基金的要求。